在甘肃陇南万象洞的一根石笋中，记录了中国过去1810年的气候变化史，更隐藏着中国古代王朝兴衰的密码。这不是科幻故事，而是以兰州大学教授张平中为首的研究小组在11月7日出版的《科学》杂志上发表的论文中的观点。那么，石笋如何记录气候，又是什么影响着中国王朝的兴衰呢？

　　1　首先确定 石笋年龄

　　甘肃的万象洞属典型的岩溶地貌。洞内深不可测，是目前我国开发的最大的地下天然艺术宫殿之一。万象洞位于青藏高原和黄土高原之间，海拔1200米。洞穴周围年平均降水量为480毫米。

　　研究小组在距离万象洞洞口1千米的地方采到一根长118毫米的石笋标本。张中平说，地下水中含有二氧化碳，呈弱酸性。这种含有二氧化碳的水，在流经石灰岩层的时候，能够与其中的碳酸钙发生反应，使之变成可溶于水的碳酸氢钙。这种水蒸发以后，碳酸氢钙又会变回碳酸钙。携带碳酸氢钙的水滴落地面，然后蒸发析出碳酸钙，经年累月就“长”出了石笋。

　　研究人员认为，他们采集到的这件石笋标本从公元190年开始生长，一直生长到2003年它被“拔掉”那一天。那么，他们是怎么知道的呢？原来，研究者用了地质学的一大“法宝”———铀系元素、钍系元素的放射性不平衡现象进行断代。通过这种方法，可以确定石笋中每一段形成的年代。这种方法相当复杂，却也非常靠谱，是确定矿物生成年代的最常用方法之一。

　　2　寸寸反映 降水情况

　　知道了石笋的生成年代，就可以开始读取其中包含的信息了。这一次研究人员从中读取的是洞穴外的降水量。

　　前面我们已经说过，石笋是水中析出的碳酸钙累积而成的。那么，这些水又是从哪里来的呢？答案是，洞穴外的降水。降水渗入地层，然后从洞顶再渗透下来，滴下的水就析出碳酸钙，形成石笋。在此过程中，水中所含有的氧元素就通过一系列化学反应进入了石笋所含的碳酸钙中。

　　张中平说，因为洞穴石笋碳酸钙氧同位素组成反映了洞穴外部降水的氧同位素组成，而降水的氧同位素组成又与当时洞穴外的降水量密切相关。这个氧同位素组成用δ18O表示，在亚洲季风区，这个负数的绝对值越大，表示降水量越多，反之则相反。

　　或许有人要问，通过石笋的生长速率测定外部降水量不是更直接吗？实际上，通过石笋的生长速率也可以测定一段时间的降水量，但是这种方法分辨率较低，而测定氧同位素组成的方法分辨率很高，实践分辨率能达到2.5年，也就是说每2.5年都可以获得一个降水量的测量值。

　　3　亚洲大陆 变化同步

　　通过甘肃某个洞周围的降水，如何知道整个亚洲大陆的气候变迁呢？

　　科学家通过研究发现，北半球的气候是相互联系的，变化是同步的，其中的关键因素是季风。热带的海洋、大气和亚洲季风相互作用，使亚洲季风可以向世界人口最多的地区传递大量的水气和热量。季风减弱时，降水就会减少，气温就会降低，气候就会变得干冷。整个亚洲都会面临同样的变化。这和我们平常的认识并不一致：中国一年中有些地方涝，有些地方旱，这是怎么回事呢？

　　张中平说，“天气”是指影响人类活动瞬间气象特点的综合状况，是极短时间内发生的。而“气候”，是指整个地球或其中某一个地区一年或一段时期的气象状况的平均特点。一年中各地的天气可能会有很多不同，一个地区的天气也受很多偶然因素的影响。从大的时段来看，亚洲大陆各地的气候变化是有同步性的。

　　研究团队的另一成员、美国明尼苏达大学博士程海表示，万象洞的位置处于目前亚洲夏季风的前缘，所以对夏季风的变化十分敏感，其氧同位素也是大范围夏季风最终的集成结果。此外，石笋记录与该地区的其他洞穴、树轮和文献记录也吻合。

　　4　季风变弱 王朝转衰

　　我们已经知道，万象洞外围降水的多少反映了整个亚洲大陆降水的多少，也就反映了亚洲季风的强弱。那么我们就可以通过这一根石笋来重建1810年来中国的季风史。研究人员发现，季风强弱和王朝兴衰有着明显的对应关系。

　　在公元190年到公元530年，正逢东汉末期和中国的长期分裂时期，亚洲季风比较强，但是也有长达几十年到一百年的波动。

　　从530年到850年的这个时间段里，包含了隋朝重新统一中国和唐代的大部分时间。在此期间季风逐渐减弱，然后在公元860年突然降到最低点，随后回升了一些，保持低水平的稳定，之后又在910年到930年之间有了突然的下降，而这个时间正好对应唐王朝衰落的时间。研究者称910年到930年这一时间段为“唐末弱季风期”。

　　而随后的60年，季风急剧增强，在980年出现一个峰值。直到1020年，季风强度一直保持着高水平。研究者把从960年到1020年这段时期称为“宋代强季风期”。在这段时间里，中国稻米产量猛增，人口增长很快。

　　在1020年之后，季风的强度有相当大的波动，但总的来说还是比较强的。然而在1340年到1360年间，季风强度突然下降，并且在相当长的时间内都保持很低的水平，此时正逢元朝衰落的时期，研究者把1350年到1380年的时期叫做“元末弱季风期”。而1580年到1640年的一段时间也经历了季风的明显减弱，这段时期被称为“明末弱季风期”，此时，明王朝的统治区域内因粮食减产等原因，引发了大规模的农民起义。在1850年到1880年期间有了明显的增加。而从1960年到现在，季风明显减弱了。